努力理解管道和子shell中的重定向：非常感謝程式碼解釋

請考慮來自終端會話（Debian Buster，Bash 5.0）的以下日誌：

root@cerberus ~/scripts # rm -f result
root@cerberus ~/scripts # { { echo test; } | cat > result; }
root@cerberus ~/scripts # cat result
test
root@cerberus ~/scripts #

這裡沒什麼特別的，這是預期的行為，我理解。

但我不理解以下情況下的行為：

root@cerberus ~/scripts # rm -f result
root@cerberus ~/scripts # { { echo test >&3; } | cat > result; } 3>&1
test
root@cerberus ~/scripts # cat result
root@cerberus ~/scripts #

準確地說，我相信我理解為什麼在執行第二行時會輸出“test”，但我不明白為什麼結果文件中沒有任何內容。我對發生的事情的理解如下：

1. 首先，fd 3 被設置為stdout. 我確信這發生在管道執行之前，因為否則管道中的任何命令都無法訪問 fd 3，這將導致“錯誤描述符”錯誤消息。
2. 管道不是一個簡單的命令，因此會產生一個子shell 來執行它。子shell 繼承父shell 的執行環境，包括文件描述符和重定向。$$ 1 $$
3. 管道中的每個命令也在其自己的子 shell 中執行$$ 2 $$，再次繼承執行環境和文件描述符。echo的輸出被重定向到 fd 3，而 fd 3 又從之前被複製stdout，總之導致echo的輸出出現在stdout（輸出到 fd 3，它到 fd 1，這是標準輸出）。
4. 但我不明白為什麼echo’s 的輸出沒有進入結果文件。從bash 手冊（強調我的）：

管道中每個命令的輸出通過管道連接到下一個命令的輸入。也就是說，每個命令都讀取前一個命令的輸出。此連接在命令指定的任何重定向之前執行。

我理解這一點，即在設置或應用重定向之前echo，應該將 ’ 的輸出連接到cat’ 的輸入。但如果這是真的，那麼在命令執行後結果文件將存在（並包含“測試”）。所以我的理解顯然是錯誤的。>&3

有人可以解釋我錯過了什麼嗎？

更新，基於 AB 和 Gilles 在下面的出色回答，並提供進一步的解釋

**我擔心的根源是我在上面第 3 項中所寫的。**它只是不那樣工作。另見吉爾斯的回答。

AB 是第一個提供答案的人（見下文）。但是，我需要一些時間來理解它。因此，我將解釋一些段落，以便更容易理解。

1. 該行的最後一部分：3>&1首先完成：指向終端輸出的 fd 1 被複製到 fd 3。這意味著 fd 1 和 fd 3 現在都指向終端輸出。它們是相同的，可以互換使用。
2. 在 fork 之前，通常使用系統呼叫在下一個可用的 fd 上創建一個管道pipe(2)：假設 fd 4 和 fd 5。然後準備過程分叉為 future echo 和 future cat，執行以下步驟

： echo 像這樣工作：

fd 5 被複製到 fd 1 （覆蓋 fd 1 指向的位置：終端輸出）。這意味著 fd 1 現在與 fd 5 相同，並且它們可以互換使用。具體來說，fd 1 不再指向終端輸出，而是指向管道的寫入端。

在這個階段（但見下文）， 的輸出echo將轉到管道的寫入端，因為echo寫入指向該寫入端的 fd 1。

因為我們不需要兩個文件描述符來處理同一件事，而且因為echo無論如何都要寫入 fd 1，所以 fd 5 現在被關閉了。

然後echo執行，但在設置了後面提到的附加重定向之後（參見 3.）。

b) 同樣地，fd 4 到 fd 0 的準備過程cat，即 fd 0 不再指向終端輸入，而是指向管道的接收端。在這個階段，for 的輸入cat將來自管道的接收端，因為cat從 fd 0 讀取，並且 fd 0 連接到接收端。因為我們不需要兩個文件描述符來處理同一件事，而且因為cat無論如何都是從 fd 0 讀取的，所以 fd 4 現在被關閉了。然後cat被執行。

雖然這一切都發生了，但 fd 3 到處都是繼承的。 3. >&3與第 1 條相反：它將 fd 3 複製到 fd 1。已創建 fd 3 以使其指向終端輸出，並由執行管道的子shell和執行各個管道命令的其他子shell繼承。

在步驟 2a) 中，fd 1 已指向管道的寫入側。但是現在，重定向>&3再次覆蓋 fd 1 並使其等於 fd 3，而 fd 3 又（仍然）指向終端輸出。這意味著 fd 1 不再指向管道的寫入端，而是指向終端輸出。這就是執行管道時終端上出現“test”的原因（請記住，echo始終寫入 fd 1，無論 fd 1 指向何處）。

另外，當 fd 1 被重定向“覆蓋”時，它的舊版本會被關閉（因為底層系統呼叫dup2(2)會這樣做）。由於其舊版本指向管道的寫入端，因此該寫入端現在已關閉。

因此，接收端，因此，cat不會接收任何數據。相反，他們會立即收到 EOF 通知。這就是為什麼cat不接收任何內容以及結果文件因此保持為空或被截斷的原因。

[ 旁注：我應該在重定向後關閉 fd 3 （也就是說，我們應該寫>&3 3>&-而不是>&3），因為echo- 如上所述 - 寫入 fd 1 並且對 fd 3 一無所知。但是，我的範例中缺少該部分，我想保留它以免分散實際問題的注意力）。]

那是因為 OP 的第 4 條，它的工作原理是這樣的，fd繼承了各種程序的創建/執行。我沒有寫所有發生 fork/exec 的地方。我當然會簡化其中的一些（使用內置命令……）。為 Linux 提供的文件連結，但應該在任何 POSIX 或類似 POSIX 的系統上發生相同的行為。

1. 該行的最後一部分：3>&1首先完成：指向終端的fd 1 被複製為**fd 3（通常使用dup2(2)系統呼叫）。
2. 在分叉之前，通常使用pipe(2)系統呼叫在下一個可用的fd上創建一個管道：假設 4 和 5。然後準備過程分叉到 futureecho和 future cat。proto-echo dups 5 到 1（“覆蓋”它指向：終端），關閉 5 和 execs echo，proto-cat dups2() 4 到 0，關閉 4 和 execs cat。fd 3 到處都是繼承的。
3. >&3與第 1 條相反：它將fd 3（指向終端）複製到fd 1。因此管道的寫入端已被替換，現在已關閉（dup2(2)說：“如果文件描述符newfd以前打開過，它會靜默在重新使用之前關閉。”）。任何東西都不會寫入管道。終端接收test並顯示它。
4. 並行cat打開並截斷目標文件result並開始從管道讀取。這會觸發 EOF，pipe(7)因為寫入端是/已關閉：cat命令結束。
5. 主 shell 程序沒有剩餘子程序：執行結束

結果：test在終端和空result文件上。

引用自：https://unix.stackexchange.com/questions/672750